常规武器靶场飞行试验测试能力构建思考

马方远,高 阁,杜剑英,夏洪利,徐利娜

(中国兵器工业试验测试研究院,陕西 华阴 714200)

0 引言

现代化的武器装备试验靶场具有突出的自动化、信息化、智能化特征,形成这些特征的基础是先进的网络信息条件[1]。各军事大国都十分重视常规武器靶场试验测试能力建设,建有十分完善的试验测试系统,具备试验测试任务计划与实施、实时数据收集与处理、任务控制与事后处理分析等多种功能,能够完成各类常规武器飞行试验全过程测试任务[2]。在我国工业部门靶场,信息化建设相对落后,普遍存在测试技术水平不高、测量手段欠缺等问题,“测不到、测不准、测不好”的问题十分突出,难以适应新时期新型远程弹箭飞行试验测试需求。例如:科研阶段的弹箭武器装备,由于制导控制和弹体强度设计及发动机等验证不全面、不充分,飞行试验中可能出现弹道偏离、分离异常、飞行失控等风险,需要靶场具备目标飞行试验全过程的实时态势感知,实时处理关键试验测试数据,在异常时能够及时执行安控命令;靶场弹道测量雷达、光电经纬仪、遥测等测试设备大多不具备自主捕获目标功能,需要通过组网测试,提高全弹道测试成功率;随着武器系统越来越复杂,参试人员越来越多,需要通过远程协助测试与远程集中测试,降低试验双方人力成本。

1 国外靶场情况及启示

世界军事强国普遍把综合性试验场作为国家军事战略资源,优先建设、综合利用。综合性试验场具有体系完备、任务多样、功能综合、试训一体、集约高效的鲜明特征。对比美国白沙导弹靶场、英国赫布里底试验场、法国布尔日技术试验中心的飞行试验测试能力,美国白沙导弹靶场的飞行试验测试能力水平位居世界一流。

白沙导弹靶场(WSMR)是美国陆海空三军最大的试验场,建设了先进完善的试验测量体系和全域覆盖的网络指控系统,建有指控中心及覆盖全域的通信网络,雷达测试、光学测试、遥测测试、精密时统、气象探测、卫星测试、复杂环境模拟等大型测试系统500余台套,配置有2 000多个固定和机动的测量站。靶区内所有测试资源,全部由光纤及微波传输网络连接至指控中心,构成空天地一体化联合测试系统。系统具有高效的组网协同测试能力,具备试验测试任务计划与实施、实时数据汇聚与处理、任务控制与事后处理分析等多种功能。

对标国外先进试验场,给国内飞行试验测试能力建设带来以下启示:

1) 在贴近实战的复杂试验环境中验证装备性能是大势所趋。

国外先进试验场非常重视武器装备试验环境的构设,在复杂电磁环境、气象环境、地理环境和实战对抗环境中,对武器进行试验验证与全面考核。装备在实战条件下的作战效能检验是当前靶场面临的重大任务,要积极开展复杂环境边界条件和复杂电磁干扰环境条件下的试验测试验证及模拟测试方法研究,综合模拟各种自然和战场环境要素和地域要素,采用先进的试验测试手段和研究手段,以研究和测试高新技术武器在不同平台和复杂战场环境下的精确打击、高效毁伤和适应性发展能力。

2) 多手段、内外测联合测试是可靠获取数据的基本保障。

国外先进试验场具备雷达、遥测、光学卫星等多种不同的测试手段,不同体制多专业测试技术优势互补,空、天、地多维一体化网络协同测试[3-4],能够适应复杂弹道、多参数、多目标试验测试需求。构建多体制、内外结合的测试能力,是全面检验武器装备性能、确保试验安全顺利进行的必备条件。

3) 靶场的信息化程度是衡量试验场先进性的重要指标。

国外一流试验场的网络信息系统逐渐趋于“全军一体化”和“数据中心化”,打破了各类信息壁垒,建立了数据互通互享的渠道,形成了设备设施随遇接入、多区联动、资源统合、灵活重构的体系架构,实现了试验态势实时感知、试验指挥高效顺畅、试验保障精细透明、试验资源融合共享[5]。采用多技术手段构建灵活、可靠、经济的试验信息网络,是满足信息时代武器装备试验测试技术发展和新型试验模式的需要。

4) 靶场试验测试能力建设应适当超前。

一代装备一代试验测试能力。国外一流武器装备试验靶场能力建设,大多与武器装备同时或适当超前建设,功能完备、科研条件与后勤保障条件完善。国内工业部门靶场现有试验测试能力严重滞后于武器装备研制进程,致使武器装备试验性能验证不充分,研制周期不能保障。为适应武器装备飞行试验的不同需求,应当适当超前建设试验测试能力。

2 飞行试验测试系统构建思路

以高可靠、高精度获取武器装备飞行试验参数为目的,按照“测得到、测得全、测得准、测得好”的基本要求,从“四个方面”进行总体考虑,突出“三个特点”,构建测控系统

1) 在测试系统构建方面,采用测试设备测量精度粗、细搭配,获取试验全过程参数;强化关键点测试,围绕关键点、关键参数测试,采用空中、地面等多种测试平台高低搭配,雷达测、光电测、遥测等多种手段冗余测试,获取多维度精细化的测试数据;强化组网协同测试思想,充分利用不同手段测试设备优势,搭配适用,提高实战化环境下综合测试效能;构建伴随、携行测试系统,满足无人智能装备复杂环境下测试需求。

2) 在测试资源布局方面,围绕靶场高频使用测试点位,建设固定测量站,打造高可靠、高精度、高智能的测试条件;在固定测量站的基础上,补充建设一批机动测量站,可在机动至飞行试验关键动作段附近,满足多任务需求。

3) 在测试设备功能设计方面,设计无人化、智能化功能,实现测控中心远程集中测试。新增设备原则上都需要具备网络接入与信息交互能力,具备标准化电气接口与标准数据传输协议;需要具备测试环路联调、自主健康管理与远程故障诊断能力[6];需要采用人工智能技术实现设备初始参数自动配置、测量模式在线自适应调整、测量结果自动拣选及传送等功能[7],从而适应未来高可靠、多任务并行综合测试任务需求。

4) 在设备指标设计方面,弹道测试设备及其他测试设备关键指标设计要有一定余量,以满足隐身、高超声速、先进动力等高新装备试验测试需求;测试设备必须采用先进抗干扰技术,适应实战化环境中的测试需求。

突出场测试和极端环境测试能力。综合采用多点分布式传感和阵列场参数测试技术获取毁伤、电磁、制导信息等场参数,采用电磁防护、电磁加固措施,提升测试设备强电磁干扰环境下数据获取能力。

突出跨域联合测试能力。测试设备与装备联合,互为支撑;雷、光、遥异构设备协同测试,提升可靠性;空地立体联合测试,丰富多维观测信息。

突出数据综合处理能力,以数据为核心,以试验云为平台,利用人工智能、机器学习、仿真建模技术,对各类前端数据流进行数据清洗、分拣、相关性处理,精确提取特征参数。

3 飞行试验测试系统构建

飞行试验测试系统如图1所示,主要包括各类测试设备、试验测试应用平台以及试验网信平台。各类测试设备主要是指靶场专用雷达、光电、遥测等测试设备,用来获取飞行试验过程中各类试验数据。试验测试应用平台主要用于测试任务分发,测试数据汇集、显示、处理以及引导测试。试验网信平台是各个测试设备与试验测试应用平台的连接器。

依托试验网信平台一张网,联通前端(各类测试设备)、后端(试验测试应用平台)与远端(客户交互平台)等3端资源,构建多维立体全要素网络智能测试测量系统,着重获取弹箭发射飞行试验1条弹道线、6个关键点、2类环境全参数数据(1条弹道线参数是指全弹道时空位置、飞行景象、遥测等数据,包括1条全弹道引导测试数据、1条全弹道高精度外弹道数据、1条全程飞行景象数据以及2条全程遥测数据;6个关键点包括离轨/出箱/炮口、分离、机动、开仓、子弹抛洒、落点等参数,关键点参数测量采用设备抵近测量方式,满足高精度、精细化测量需求,且有备份手段)。打造以数据流获取为核心的武器飞行试验测控系统,实现试验测试数据流、设备状态数据流、设备网络控制数据流、引导测试数据流、远程交互数据流、安控数据流等6类数据流全网全域无阻流通,试验测试过程全透明。

试验测试数据流由前端各类测试设备采集被测装备与被测装备所在环境产生;设备状态数据流由前端各类测试设备产生。试验测试数据流与设备状态数据流流向后端各类试验测试应用平台与远端客户交互平台,用于试验方完成试验态势掌控与指挥控制,辅助用户远程参与试验数据分析;设备网络控制数据流由后端试验试验指挥控制平台产生,流向前端各类测试设备,用于远程集中测试;引导测试数据流来源于前端测试设备测试数据以及理论弹道,经过后端数据处理平台生成,由指挥控制平台发送至前端各类跟踪测试设备,用于引导测试;远程交互数据流由远端客户交互平台产生,流向前端基本参数测试现场,用于用户远程指导排故;安控数据流由后端试验指挥控制平台产生,流向前端遥测测控系统,由遥测遥控系统通过无线链路,发送至被测装备,实现安控操作。试验测试过程数据流向如图2所示。

图2 试验测控数据流关系图

4 飞行试验测试实施过程构想

常规武器飞行试验可分为试验准备、试验实施、试验总结三个阶段,不同阶段的试验测试任务与试验数据关注点各不相同。

试验测试准备阶段数据流关系如图3所示。客户利用试验网信平台,远程接入,获取测试数据与精细化测试场景,参与产品状态测试,提供远程技术支持。技术人员通过试验网信平台,获取可用测试设备地址、指标、技术状态以及近期任务情况等状态信息,按照试验大纲要求,制定测试方案,快速重组测试系统。

图3 试验准备阶段数据流关系图

试验实施阶段数据流关系如图4所示。技术人员利用试验应用平台,远程配置测试任务至测试系统,产生设备状态控制数据,包括任务时间、目标参数、飞行诸元参数等;试验指挥按照试验流程组织试验,T0信号网络监测系统监视试验零时,将试验零时分发至各个测试设备。

图4 试验实施阶段数据流关系图

各测试设备按照试验零时启动测试任务,按照既定测试流程完成测试任务,并自动拣选关重测试数据与测试设备状态数据实时上传试验应用平台,试验应用平台将测试数据进行实时处理,产生引导测试数据发送至相关测试设备,同时为试验相关人员透明的试验过程态势。

若飞行目标飞出管控区,且目标内主动安控异常,试验总指挥可利用试验应用平台产生设备控制数据与安控数据,发送至遥控站,利用遥控站上行链路,控制目标执行被动安控。试验安控数据流关系如图5所示。

图5 试验安控数据流关系图

试验总结阶段数据流关系如图6所示。技术人员利用试验应用平台,远程控制各个测试设备自动回传精细测量数据与测试设备状态数据,分析测试数据,完成试验测试报告编制工作。

图6 试验总结阶段数据流关系图

5 结束语

基于对常规武器靶场飞行试验测试能力构建的思考,聚焦新型弹箭远程飞行试验全弹道参数测试需求,提出以飞行试验过程中试验测试数据流可靠获取为核心,突出组网联合测试与数据综合处理技术在试验测试中的应用,构建常规武器飞行试验空、天、地多维立体联合测试系统。一是将大幅提升我国常规武器远程飞行试验精细化测试水平,满足实战化环境下的测试需求,强力支撑高新技术与装备性能验证,产生巨大军事效益;二是推动现有于设备前端获取测试数据的试验测控模式,向远程集中测试转变,极大提高靶场试验测试效率与任务承载量,产生巨大经济效益。